(57)【要約】  本発明は、内燃機関の運転状態として機関負荷が高い場合であっても、ＥＧＲガスと混合気又は新気との成層化を図ると共に、ＥＧＲガスを大量に導入可能とする技術を提供することを目的とする。本発明では、ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時には、コンプレッサで新気を過給し、新気遮断弁を閉弁して第１吸気ポートに新気が流入することを阻止し、可変動弁機構で第１吸気弁を第２吸気弁に先立って開弁させ、その後第２吸気弁を開弁させる。
2011125208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に夫々独立して接続され、前記燃焼室に吸気を供給する第１吸気通路及び第２吸気通路と、
前記内燃機関の排気通路から前記第１吸気通路に設けられたＥＧＲガス供給口に排気の一部であるＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止する新気阻止部と、
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の上流で新気を過給する過給機と、
前記第１吸気通路から前記燃焼室へ流入する吸気を制御する第１吸気弁と、前記第２吸気通路から前記燃焼室へ流入する吸気を制御する第２吸気弁との間で開弁時期を異ならせることが可能な開閉特性変更部と、
ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時には、前記過給機で新気を過給し、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させる制御部と、
を備えた内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記過給機で過給する新気の過給圧を、前記第１吸気弁が閉弁してから前記第２吸気弁が閉弁するまでの期間の前記内燃機関の筒内圧よりも高くする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記過給機は、ターボチャージャであり、
前記ＥＧＲ装置は、前記ターボチャージャのタービンより下流の前記排気通路と前記ＥＧＲガス供給口とを接続するＥＧＲ通路を備えた請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路は、前記燃焼室に流入した吸気が同じ方向のスワール流を形成するヘリカルポート又はタンジェンシャルポートである請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時において、
圧縮行程で第２吸気通路を流通する吸気を前記燃焼室に流入させる場合には、前記過給機で新気を過給し、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させ、
又は、圧縮行程では第２吸気通路を流通する吸気を前記燃焼室に流入させる必要がない場合には、前記過給機で新気を過給させずに、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させる請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記新気阻止部は、前記第１吸気通路を流通する吸気を、前記第１吸気通路の上流から流入する新気又は前記ＥＧＲガス供給口から流入するＥＧＲガスのどちらかに切り替える請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記新気阻止部から前記燃焼室までの前記第１吸気通路の容積は、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時に前記燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量と略等しく、
前記制御部は、前記成層燃焼から要求トルクの高いＥＧＲガスを導入しない非成層燃焼に切り替える場合には、切り替え要求後に最初に吸気行程となる気筒が燃焼室へ吸気の流入を開始するときに前記新気阻止部で前記第１吸気通路を流通する吸気を前記第１吸気通路の上流から流入する新気に切り替え、その後前記気筒以外の他の気筒の最初の１サイクルの燃焼室への吸気の流入が完了したときから前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁及び前記第２吸気弁の開閉特性を変更させる請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、ＥＧＲガスを導入しない機関負荷が低い状態で非成層燃焼させる時には、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を閉弁させたままに維持する請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室でＥＧＲガスと混合気又は新気とを成層化（層状化）した成層燃焼を行う内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関に還流させるＥＧＲ装置がある。ＥＧＲガスが燃焼室に混合気又は新気と共に供給されることにより、排気中のＮＯｘの低減や燃費の向上を図る。このＥＧＲガスの内燃機関への供給量を増加させるために、燃焼室でＥＧＲガスと混合気又は新気とを成層化（層状化）させておく技術が知られている。【０００３】
特許文献１では、開閉特性変更部で２つの吸気弁の開閉時期をずらし、スワール制御弁を有する吸気ポートからＥＧＲガスを先に燃焼室に流入させ、その後もう一方の吸気ポートから新気を燃焼室に流入させる。これにより、燃焼室では、ＥＧＲガスの層を下層とし、新気の層を上層として、ＥＧＲガスと新気との成層化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４４０５２号公報
【特許文献２】特開平０６−２００８３６号公報
【特許文献３】特開昭６３−１６２９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、内燃機関の運転状態として機関負荷が高い場合には、両方の吸気ポートから新気を導入し、かつ、ＥＧＲ弁の開度を小さくし、内燃機関に供給する吸気量を確保するようにしている。このようにすると、ＥＧＲガスと新気との成層化ができず、さらにはＥＧＲガスを大量に導入することもできない。このため、特許文献１の技術では、上記のように機関負荷が高い場合には、排気中のＮＯｘの低減や燃費の向上を図ることができなかった。【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、内燃機関の燃焼制御装置において、内燃機関の運転状態として機関負荷が高い場合であっても、ＥＧＲガスと混合気又は新気との成層化を図ると共に、ＥＧＲガスを大量に導入可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の燃焼室に夫々独立して接続され、前記燃焼室に吸気を供給する第１吸気通路及び第２吸気通路と、
前記内燃機関の排気通路から前記第１吸気通路に設けられたＥＧＲガス供給口に排気の一部であるＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止する新気阻止部と、
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の上流で新気を過給する過給機と、
前記第１吸気通路から前記燃焼室へ流入する吸気を制御する第１吸気弁と、前記第２吸気通路から前記燃焼室へ流入する吸気を制御する第２吸気弁との間で開弁時期を異ならせることが可能な開閉特性変更部と、
ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時には、前記過給機で新気を過給し、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させる制御部と、
を備えた内燃機関の燃焼制御装置である。【０００８】
ここで、「ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時」とは、燃焼室でＥＧＲガスと混合気又は新気とを成層化して、排気中のＮＯｘの低減や燃費の向上を図る、内燃機関の運転状態である。「吸気」とは、内燃機関に流入する、新気、混合気、ＥＧＲガスの総称である。「新気」とは、内燃機関の外部から供給される新鮮な空気である。「混合気」とは、新気と燃料とが混ざったガスである。「ＥＧＲガス」とは、内燃機関から排出された排気の一部の不活性ガスである。【０００９】
本発明では、ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時には、過給機で新気を過給し、新気阻止部で第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、開閉特性変更部で第１吸気弁を第２吸気弁に先立って開弁させ、その後第２吸気弁を開弁させる。
このようにすると、新気阻止部で第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、開閉特性変更部で第１吸気弁を第２吸気弁に先立って開弁させることから、まず、第１吸気通路を流通するＥＧＲガスが燃焼室に流入する。このＥＧＲガスは、燃焼室でスワール流を形成しながら下降して行く。その後、開閉特性変更部で第２吸気弁を開弁させることから、第２吸気通路を流通する混合気又は新気が燃焼室に流入する。この混合気又は新気は、燃焼室で先に流入したＥＧＲガスの層の上でスワール流を形成した層を成す。これにより、燃焼室において、ＥＧＲガスの層を下層とし、混合気又は新気の層を上層とする成層化を図ることができる。【００１０】
ここで、内燃機関の運転状態として機関負荷が高い場合には、ＥＧＲガスが燃焼室に先に流入するので、後から流入する混合気又は新気は吸気行程のピストンの下降による負圧では燃焼室に入り難くなる。しかし、本発明では、過給機で新気を過給していることから、混合気又は新気は、吸気行程だけでなく圧縮行程であっても、過給されて燃焼室に流入することができる。これにより、機関負荷が高い場合であっても、吸気効率を悪化させることなく、ＥＧＲガスと混合気又は新気との成層化を図ることができると共に、ＥＧＲガスを大量に導入することができる。【００１１】
また、後から流入する混合気又は新気は、吸気行程の後半或いは圧縮行程に燃焼室でスワール流を形成する。このため、上記の燃焼室の成層化状態が着火するまで維持され易くなるので、成層化による効果を最大限発揮することができる。【００１２】
前記制御部は、前記過給機で過給する新気の過給圧を、前記第１吸気弁が閉弁してから前記第２吸気弁が閉弁するまでの期間の前記内燃機関の筒内圧よりも高くするとよい。【００１３】
これによると、過給された混合気又は新気は、内燃機関の筒内圧で押し戻されて逆流することなく燃焼室に流入することができる。【００１４】
前記過給機は、ターボチャージャであり、
前記ＥＧＲ装置は、前記ターボチャージャのタービンより下流の前記排気通路と前記ＥＧＲガス供給口とを接続するＥＧＲ通路を備えるとよい。【００１５】
ターボチャージャのタービンより下流の排気通路の排気の一部であるＥＧＲガスは、タービンを駆動する仕事をした後なので、温度及び圧力が低下している。ここでは、このＥＧＲガスを吸気行程のピストンの下降による負圧で吸気行程の始めから燃焼室に流入させる。このときには負圧が十分確保できているので、温度及び圧力の低下したこのＥＧＲガスでも燃焼室に十分供給され得る。このＥＧＲガスを用いることにより、吸気温度の上昇を抑制し、吸気温度が高いことに起因する充填効率の低下を抑制することができる。【００１６】
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路は、前記燃焼室に流入した吸気が同じ方向のスワール流を形成するヘリカルポート又はタンジェンシャルポートであるとよい。【００１７】
これによると、燃焼室で、先に流入したＥＧＲガスのスワール流を形成した下層と、その上で混合気又は新気のスワール流を形成した上層と、の境界面で摩擦が生じ難く、ＥＧＲガスと混合気又は新気が混ざり難いので、成層化状態を可及的に維持することができる。【００１８】
前記制御部は、ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時において、
圧縮行程で第２吸気通路を流通する吸気を前記燃焼室に流入させる場合には、前記過給機で新気を過給し、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させ、
又は、圧縮行程では第２吸気通路を流通する吸気を前記燃焼室に流入させる必要がない場合には、前記過給機で新気を過給させずに、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させるとよい。【００１９】
内燃機関の運転状態として機関負荷が高い場合等のように圧縮行程で第２吸気通路を流通する吸気を燃焼室に流入させる場合には、過給機で新気を過給する必要がある。しかし、内燃機関の運転状態として機関負荷が低い場合等のように圧縮行程では第２吸気通路を流通する吸気を燃焼室に流入させる必要がない場合には、ＥＧＲガスの後から流入する混合気又は新気は吸気行程のピストンの下降による負圧で燃焼室に流入させてしまうことができる。これによると、圧縮行程では第２吸気通路を流通する吸気を燃焼室に流入させる必要がない場合には、過給機で新気を過給させないので、過給機が使用するエネルギ分だけ使用するエネルギを減らし省エネルギ化することができる。【００２０】
前記新気阻止部は、前記第１吸気通路を流通する吸気を、前記第１吸気通路の上流から流入する新気又は前記ＥＧＲガス供給口から流入するＥＧＲガスのどちらかに切り替えるとよい。【００２１】
これによると、ＥＧＲガスの量が第１吸気弁の開弁タイミングとリフト量で制御することができ、ＥＧＲ装置にＥＧＲ弁を設ける必要がなくなる。これにより、ＥＧＲガスの量の制御の簡素化を図ることができると共に、ＥＧＲ弁を無くしたことによる部品点数の削減でコストダウンを図ることができる。
また、ＥＧＲガスの量の制御が第１吸気弁で行われることにより、ＥＧＲガスの量を制御する部分と燃焼室との距離が零になるので、ＥＧＲガスの応答遅れが無く、内燃機関の失火やトルク変動等が抑制されてドライバビリティを安定させることができる。【００２２】
前記新気阻止部から前記燃焼室までの前記第１吸気通路の容積は、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時に前記燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量と略等しく、
前記制御部は、前記成層燃焼から要求トルクの高いＥＧＲガスを導入しない非成層燃焼に切り替える場合には、切り替え要求後に最初に吸気行程となる気筒が燃焼室へ吸気の流入を開始するときに前記新気阻止部で前記第１吸気通路を流通する吸気を前記第１吸気通路の上流から流入する新気に切り替え、その後前記気筒以外の他の気筒の最初の１サイクルの燃焼室への吸気の流入が完了したときから前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁及び前記第２吸気弁の開閉特性を変更させるとよい。【００２３】
これによると、切り替え要求後の全気筒の１回の燃焼だけが前記成層燃焼となり、その後は第１吸気通路に新気が流通しているので、次の燃焼から前記非成層燃焼となる。このため、応答遅れや内燃機関の失火やトルク変動やトルク段差をほとんど生じずに前記成層燃焼から前記非成層燃焼への移行を行うことができる。【００２４】
前記制御部は、ＥＧＲガスを導入しない機関負荷が低い状態で非成層燃焼させる時には、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を閉弁させたままに維持するとよい。【００２５】
これによると、ＥＧＲガスを導入しない内燃機関の機関負荷が低い状態で非成層燃焼させる時には、片方の吸気弁である第２吸気弁を開弁させて混合気又は新気を燃焼室に流入させる。これにより、燃焼室に強いスワール流を形成でき、燃焼が安定する。
そして、前記非成層燃焼からＥＧＲガスを導入する成層燃焼に切り替える場合には、第１吸気弁を開弁させて第１吸気通路からＥＧＲガスを流入させて行くと共に、切り替え前と同様に第２吸気弁を開弁させて混合気又は新気を燃焼室に流入させる。この切り替え前後で、燃焼室に供給される混合気又は新気の量に変化がないので、トルク段差を生じずに前記非成層燃焼から前記成層燃焼への移行を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、内燃機関の燃焼制御装置において、内燃機関の運転状態として機関負荷が高い場合であっても、ＥＧＲガスと混合気又は新気との成層化を図ることができると共に、ＥＧＲガスを大量に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る内燃機関並びにその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図３】実施例１に係る成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例及びそのときの筒内圧及び過給圧を示す図である。
【図４】実施例１に係る燃焼室における成層化状態を示す図である。
【図５】実施例１に係る非成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。
【図６】実施例１に係る内燃機関の燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】実施例１の他の例に係る内燃機関並びにその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図８】実施例１の他の例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図９】実施例２に係る第１吸気ポート及び第２吸気ポートにヘリカルポート又はタンジェンシャルポートを用いた状態を示す図である。
【図１０】実施例２に係る燃焼室における成層化状態を示す図である。
【図１１】実施例３に係る圧縮行程では第２吸気ポートを流通する混合気を燃焼室に流入させる必要がない場合の成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。
【図１２】実施例４に係る内燃機関並びにその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図１３】実施例４に係る内燃機関の運転状態に対応した、ＥＧＲガスと混合気との成層燃焼と、ＥＧＲガスを導入しない非成層燃焼との使い分けのパターンを示す図である。
【図１４】実施例４に係る成層燃焼から非成層燃焼に切り替える場合の制御タイミングを示す図である。
【図１５】実施例４に係る成層燃焼から非成層燃焼に切り替える場合の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。
【図１６】実施例５に係る非成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００２９】
＜実施例１＞
（内燃機関）
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図２は、実施例１に係る内燃機関並びにその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。図１、図２に示す内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用の火花点火式の４ストロークサイクル・ガソリンエンジンである。
【００３０】
内燃機関１の気筒２内には、ピストン３が摺動自在に配置されている。気筒２内の上部には、気筒２の上壁及び内周壁とピストン３頂面で燃焼室４が区画形成される。燃焼室４の上部には、第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂ並びに第１排気ポート６ａ及び第２排気ポート６ｂが接続されている。第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂは、燃焼室４に夫々独立して接続され、燃焼室４に吸気を供給する。第１排気ポート６ａ及び第２排気ポート６ｂは、燃焼室４で燃焼後の排気を排出する。気筒２の上部における中心には、燃焼室４内の混合気に点火を行う点火プラグ７が配置されている。
【００３１】
気筒２の上壁における第１吸気ポート５ａの燃焼室４への開口部は第１吸気弁８ａによって開閉される。気筒２の上壁における第２吸気ポート５ｂの燃焼室４への開口部は第２吸気弁８ｂによって開閉される。また、気筒２の上壁における第１排気ポート６ａの燃焼室４への開口部は第１排気弁９ａによって開閉される。気筒２の上壁における第２排気ポート６ｂの燃焼室４への開口部は第２排気弁９ｂによって開閉される。
【００３２】
第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂには、各吸気弁の開閉特性を変更する可変動弁機構１０が設けられている。この可変動弁機構１０は、各吸気弁の開閉特性である開弁期間（リフト量）の変更を連続的に行うと共に、各吸気弁の開閉特性である開閉時期（バルブタイミング）の変更を連続的に行う。可変動弁機構１０によって、第１吸気弁８ａと、第２吸気弁８ｂとの間で開弁時期を異ならせることができる。本実施例の可変動弁機構１０が、本発明の開閉特性変更部に対応する。
【００３３】
第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂには、夫々、各吸気ポートを流通する吸気に燃料を噴射する第１、第２燃料噴射弁１１ａ，１１ｂが配置されている。第１燃料噴射弁１１ａよりも上流の第１吸気ポート５ａには、ＥＧＲガス供給口１２が設けられている。ＥＧＲガス供給口１２よりも上流の第１吸気ポート５ａには、新気遮断弁１３が設けられている。新気遮断弁１３は、閉弁されると、第１吸気ポート５ａに上流から新気が流入することを阻止する。本実施例の新気遮断弁１３が、本発明の新気阻止部に対応する。新気遮断弁１３よりも上流の第１吸気ポート５ａと第２燃料噴射弁１１ｂよりも上流の第２吸気ポート５ｂとの上流は、一つの吸気管１４になっている。本実施例の第１吸気ポート５ａが、本発明の第１吸気通路に対応する。本実施例の第２吸気ポート５ｂが、本発明の第２吸気通路に対応する。
また、第１排気ポート６ａと第２排気ポート６ｂとの下流は、一つの排気管１５になっている。
【００３４】
吸気管１４の途中には、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａが設置されている。排気管１５の途中には、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂが設置されている。ターボチャージャ１６は、排気管１５を流通する排気のエネルギを利用してタービン１６ｂを回転させ、そのタービン１６ｂの回転力でコンプレッサ１６ａを駆動して新気を過給する過給機である。タービン１６ｂには、タービン１６ｂへの排気の流入量を調整するウエストゲートバルブ１６ｃが設けられている。
【００３５】
コンプレッサ１６ａより上流の吸気管１４には、スロットル弁１７が設けられている。スロットル弁１７により、吸気管１４を流通する新気の量が調整される。スロットル弁１７は、電動アクチュエータにより開閉制御される。
【００３６】
コンプレッサ１６ａより下流の吸気管１４には、インタークーラ１８が設けられている。インタークーラ１８は、外気と熱交換をすることで吸気管１４を流通する新気を冷却する。インタークーラ１８より下流の吸気管１４には、サージタンク１９が設けられている。サージタンク１９は、吸気管１４を流通する新気を一時的に溜める。サージタンク１９には、サージタンク１９内の新気の圧力を検出する圧力センサ２０が設けられている。サージタンク１９よりも下流の吸気管１４が第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂに分岐している。
【００３７】
タービン１６ｂより下流の排気管１５には、スタート触媒としての酸化触媒２１が設けられている。
【００３８】
内燃機関１には、ＥＧＲ装置２２が設けられている。ＥＧＲ装置２２は、ＥＧＲ通路２３と、ＥＧＲ弁２４と、ＥＧＲクーラ２５と、を備えている。
ＥＧＲ通路２３は、その一端が酸化触媒２１の下流の排気管１５に接続されており、その他端が第１吸気ポート５ａのＥＧＲガス供給口１２に接続されている。ＥＧＲ装置２２は、ＥＧＲガスをＥＧＲ通路２３に流通させることにより、内燃機関１の排気管１５から第１吸気ポート５ａに設けられたＥＧＲガス供給口１２に排気の一部であるＥＧＲガスを還流させる。
ＥＧＲ弁２４及びＥＧＲクーラ２５は、ＥＧＲ通路２３に設けられている。ＥＧＲ弁２４によって、ＥＧＲ通路２３を通って排気管１５から第１吸気ポート５ａに導入されるＥＧＲガスの量が調整される。ＥＧＲクーラ２５は、機関冷却水と熱交換することでＥＧＲ通路２３を流通するＥＧＲガスを冷却する。
【００３９】
以上述べたように構成された内燃機関１には電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）２６が併設されている。ＥＣＵ２６には、クランクポジションセンサ２７及びアクセル開度センサ２８が電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ２６に入力される。クランクポジションセンサ２７は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。また、アクセル開度センサ２８は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサである。
また、ＥＣＵ２６には、可変動弁機構１０、第１、第２燃料噴射弁１１ａ，１１ｂ、新気遮断弁１３、スロットル弁１７、及びＥＧＲ弁２４が電気的に接続されている。ＥＣＵ２６によってこれらが制御される。
【００４０】
（ＥＧＲガスと混合気との成層燃焼制御）
ところで、本実施例に係る内燃機関１では、ＥＧＲガスを燃焼室４に導入して燃焼を行う際に、ＥＧＲガスの燃焼室４への供給量を増加させるために、燃焼室４でＥＧＲガスと混合気とを成層化させる成層燃焼を行う。この成層燃焼を行うことにより、排気中のＮＯｘの低減や燃費の向上を図ることができる。
【００４１】
ＥＧＲガスを導入して前記成層燃焼させる時には、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａで新気を過給し、新気遮断弁１３を閉弁して第１吸気ポート５ａに新気が流入することを阻止し、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａを第２吸気弁８ｂに先立って開弁させ、その後第２吸気弁８ｂを開弁させる。
【００４２】
具体的には、前記成層燃焼させる時には、コンプレッサ１６ａで新気を過給し、新気遮断弁１３を閉弁して第１吸気ポート５ａに新気が流入することを阻止すると共にＥＧＲ弁２４を開弁して第１吸気ポート５ａにＥＧＲガスが流入するようにする。そして、図３に示すように、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａを吸気行程直前から開弁させ、第１吸気弁８ａが閉弁する頃に第２吸気弁８ｂを開弁させる。図３は、成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例及びそのときの筒内圧及び過給圧を示す図である。第１吸気弁８ａのリフト量は、燃焼室４で燃焼可能となるようにＥＧＲガスを供給するため、第２吸気弁８ｂのリフト量の略半分である。
また、第１吸気ポート５ａに設けられた第１燃料噴射弁１１ａは休止させ、第２吸気ポート５ｂに設けられた第２燃料噴射弁１１ｂだけから燃料を噴射させる。このため、第２吸気ポート５ｂには新気と燃料とが混合された混合気が流通することになる。
このような制御を行うＥＣＵ２６が、本発明の制御部に対応する。
【００４３】
このようにすると、新気遮断弁１３を閉弁して第１吸気ポート５ａに新気が流入することを阻止し第１吸気ポート５ａにＥＧＲガスを流入させ、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａを第２吸気弁８ｂに先立って開弁させることから、まず、第１吸気ポート５ａを流通するＥＧＲガスが燃焼室４に流入する。このＥＧＲガスは、片側の第１吸気ポート５ａから流入することにより、燃焼室４でスワール流を形成しながらピストン３の下降と共に下降して行く。その後、可変動弁機構１０で第２吸気弁８ｂを開弁させることから、第２吸気ポート５ｂを流通する混合気が燃焼室４に流入する。この混合気は、片側の第２吸気ポート５ｂから流入することにより、燃焼室４で先に流入したＥＧＲガスの層の上でスワール流を形成した層を成す。これにより、燃焼室４において、図４に示すように、ＥＧＲガスの層を下層とし、混合気の層を上層とする成層化を図ることができる。図４は、燃焼室４における、ＥＧＲガスの層を下層とし、混合気の層を上層とする成層化状態を示す図である。
【００４４】
ここで、図３に示すように、第２吸気弁８ｂの開弁期間が圧縮行程に含まれていることがある。通常の内燃機関では、圧縮行程においては、ピストンが上昇し燃焼室の容積が縮まって筒内圧が高くなるので、吸気弁が開弁していると、燃焼室のガスが吸気ポートへ逆流してしまうおそれがある。しかし、本実施例では、新気が過給されており、コンプレッサ１６ａで過給する新気の過給圧を、図３に示すように、第１吸気弁８ａが閉弁してから第２吸気弁８ｂが閉弁するまでの期間の内燃機関１の筒内圧よりも高くする。これにより、過給された混合気は、内燃機関１の筒内圧で押し戻されて逆流することなく燃焼室４に流入する。また、燃焼室４のガスが第２吸気ポート５ｂへ逆流してしまうこともない。
【００４５】
図３に示すような内燃機関１の運転状態として機関負荷が高い場合には、ＥＧＲガスが燃焼室４に先に流入するので、後から流入する混合気は吸気行程のピストン３の下降による負圧では燃焼室４に入り難くなる。しかし、本実施例では、コンプレッサ１６ａで新気を過給していることから、混合気は、吸気行程だけでなく圧縮行程であっても、過給されて燃焼室４に流入することができる。これにより、機関負荷が高い場合であっても、吸気効率を悪化させることなく、ＥＧＲガスと混合気との成層化を図ることができると共に、ＥＧＲガスを大量に導入することができる。よって、機関負荷が高い場合として、ＷＯＴ（全負荷）の場合にもＥＧＲガスを導入することもできる。
【００４６】
また、第２吸気ポート５ｂから燃焼室４に流入する混合気は、吸気行程の後半或いは圧縮行程に燃焼室４でスワール流を形成する。このため、混合気が燃焼室４でスワール流を形成してから着火までの期間が短く、上記の燃焼室４の成層化状態が着火するまで維持され易くなるので、圧縮行程において燃焼室４にタンブル流が発生し難く、タンブル流によって成層化状態が崩され難く、成層化による効果を最大限発揮することができる。
【００４７】
また本実施例では、ＥＧＲ通路２３は、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂより下流の排気管１５とＥＧＲガス供給口１２とを接続している。ターボチャージャ１６のタービン１６ｂより下流の排気管１５の排気の一部であるＥＧＲガスは、タービン１６ｂを駆動する仕事をした後なので、温度及び圧力が低下している。本実施例では、このＥＧＲガスを吸気行程のピストン３の下降による負圧で吸気行程の始めから燃焼室４に流入させる。このときには負圧が十分確保できているので、温度及び圧力の低下したこのＥＧＲガスでも燃焼室４に十分供給され得る。このＥＧＲガスを用いることにより、吸気温度の上昇を抑制し、吸気温度が高いことに起因する充填効率の低下を抑制することができる。
【００４８】
なお、内燃機関１の運転状態が上記の成層燃焼を行わない要求トルクが高く機関負荷が高い状態の場合には、非成層燃焼を行う。この非成層燃焼は、ＥＧＲ弁２４を閉じてＥＧＲガスの供給を止め、新気遮断弁１３を開弁し、２つの第１、第２燃料噴射弁１１ａ，１１ｂから燃料を噴射し、図５に示すように可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂを同一リフト量及び同一タイミングにして行われる。図５は、前記非成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。
【００４９】
（燃焼制御ルーチン）
内燃機関１の燃焼制御ルーチンについて、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６は、内燃機関１の燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ２６によって実行される。
【００５０】
図６に示すルーチンが開始されると、Ｓ１０１では、ＥＧＲガスと混合気との成層燃焼を行う要求が有るか否か判別する。この成層燃焼を行うべき内燃機関１の運転状態としては、例えば機関負荷が中負荷程度の燃費を稼ぎたい領域である。この成層燃焼を行うべき領域を予めマップ化しておき、このマップにクランクポジションセンサ２７及びアクセル開度センサ２８の出力値から得られる機関回転速度及び機関負荷を取り込むことで、要求の有無を判断できる。Ｓ１０１において、前記成層燃焼を行う要求があると肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ移行する。Ｓ１０１において、前記成層燃焼を行う要求がないと否定判定された場合には、Ｓ１１０へ移行する。
【００５１】
Ｓ１０２では、ＥＧＲ弁２４を開弁し、新気遮断弁１３を閉弁し、第２吸気ポート５ｂに設けられた第２燃料噴射弁１１ｂだけで燃料噴射させる。第１吸気ポート５ａに設けられた第１燃料噴射弁１１ａは休止させる。
【００５２】
Ｓ１０３では、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂのリフト量及びバルブタイミングの開閉特性を上記の成層燃焼用に変更する。具体的には、第１吸気弁８ａを第２吸気弁８ｂよりも先立って開弁させ、その後第２吸気弁８ｂを開弁させるように、第２吸気弁８ｂの開弁タイミングを第１吸気弁８ａが閉弁する頃まで遅角する。このとき、第１吸気弁８ａのリフト量も、第２吸気弁８ｂのリフト量の略半分程度に変更する。
【００５３】
Ｓ１０４では、前記成層燃焼時の第１吸気弁８ａが閉弁してから第２吸気弁８ｂが閉弁するまでの期間の内燃機関１の最大の筒内圧ｍｃｐを演算する。この筒内圧ｍｃｐは、ＥＧＲ弁２４の開度から得られるＥＧＲガスの量、第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂのバルブタイミング及びリフト量、機関回転速度、クランク角に基づいて演算される。
【００５４】
Ｓ１０５では、サージタンク１９の圧力センサ２０が検出する過給圧ｂｐが、Ｓ１０４で演算した筒内圧ｍｃｐよりも大きいか否かを判別する。Ｓ１０５において、過給圧ｂｐが筒内圧ｍｃｐよりも大きいと肯定判定された場合には、Ｓ１０７へ移行する。Ｓ１０５において、過給圧ｂｐが筒内圧ｍｃｐよりも大きくないと否定判定された場合には、Ｓ１０６へ移行する。
【００５５】
Ｓ１０６では、コンプレッサ１６ａで新気を過給し、過給圧ｂｐを上昇させる。
【００５６】
Ｓ１０７では、要求トルクｄｅｔｏが実トルクｔｒｔｏよりも大きいか否かを判別する。要求トルクｄｅｔｏは、アクセル開度センサ２８の出力から得られる。実トルクｔｒｔｏは、第２吸気ポート５ｂに設けられた第２燃料噴射弁１１ｂの燃料噴射量から得られる。Ｓ１０７において要求トルクｄｅｔｏが実トルクｔｒｔｏよりも大きいと肯定判定された場合には、Ｓ１０８へ移行する。Ｓ１０７において要求トルクｄｅｔｏが実トルクｔｒｔｏよりも大きくないと否定判定された場合には、Ｓ１０９へ移行する。
【００５７】
Ｓ１０８では、吸気量を増加させる。吸気量の増加は、例えば、スロットル弁１７の開度を大きくしたり、第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂのバルブタイミングを進角させたり、第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂのリフト量を大きくしたり、過給圧ｂｐを上昇させたりする。本ステップの後、本ルーチンを一旦終了する。
【００５８】
Ｓ１０９では、吸気量を減少させる。吸気量の減少は、例えば、スロットル弁１７の開度を小さくしたり、第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂのバルブタイミングを遅角させたり、第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂのリフト量を小さくしたりする。本ステップの後、本ルーチンを一旦終了する。
【００５９】
一方、Ｓ１１０では、前記非成層燃焼を行うために、ＥＧＲ弁２４を閉弁し、新気遮断弁１３を開弁し、第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂの両方に設けられた第１、第２燃料噴射弁１１ａ，１１ｂで燃料噴射させる。本ステップの後、本ルーチンを一旦終了する。
【００６０】
以上の本ルーチンによると、前記成層燃焼と前記非成層燃焼とを切り替えることができる。
【００６１】
（その他）
なお、本実施例では、ＥＧＲ通路２３は、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂより下流の排気管１５とＥＧＲガス供給口１２とを接続している。これにより、温度及び圧力の低下したＥＧＲガスを用いることにより、吸気温度の上昇を抑制し、吸気温度が高いことに起因する充填効率の低下を抑制する。しかし、これに限られない。図７は、実施例１の他の例に係る内燃機関並びにその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。ＥＧＲ通路２３は、図７に示すように、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂより上流の排気管１５とＥＧＲガス供給口１２とを接続してもよい。これによると、内燃機関１から排出された背圧の高い排気の一部をＥＧＲガスとして用いることができ、ＥＧＲガスを高圧で大量に内燃機関１に送り込むことができる。
【００６２】
また、本実施例では、燃料噴射弁は、第１吸気ポート及び第２吸気ポートに設けられている。しかし、これに限られない。図８は、実施例１の他の例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。燃料噴射弁１１は、図８に示すように、気筒２の斜上部に設けられ、筒内噴射を行うものでもよい。この場合には、前記成層燃焼を行う際に、下層であるＥＧＲガスの層の上には、上層である新気の層が形成されることになる。燃料噴射弁１１は、この成層燃焼を行う際に、上層である新気の層の新気にのみ燃料を噴射できるよう噴霧軸線が設定される。これによると、燃料噴射弁を一つ設けるだけでよく、コストアップを抑制することができる。
【００６３】
また、本実施例では、過給機として、ターボチャージャを用いている。しかし、これに限られない。本発明は、過給機として、スーパーチャージャを用いてもよい。
【００６４】
＜実施例２＞
実施例２では、第１吸気ポート及び第２吸気ポートは、燃焼室に流入した吸気が同じ方向のスワール流を形成するヘリカルポート又はタンジェンシャルポートを用いる。その他の構成は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００６５】
図９は、本実施例に係る第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂにヘリカルポート又はタンジェンシャルポートを用いた状態を示す図である。図９（ａ）は、ダブルヘリカル吸気ポートを示す図であり、図９（ｂ）は、ダブルタンジェンシャル吸気ポートを示す図である。図９に示すように、第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂは、燃焼室４に流入した吸気が同じ方向のスワール流を形成するヘリカルポート又はタンジェンシャルポートである。なお、図９の構成以外にも、一方の吸気ポートがヘリカルポートであり、他方の吸気ポートがタンジェンシャルポートであるような組み合わせでもよい。
【００６６】
これによると、前記成層燃焼を行うと、図１０に示すように、燃焼室４で、先に流入したＥＧＲガスのスワール流を形成した下層と、その上で混合気のスワール流を形成した上層と、が同じ方向のスワール流で旋回することになる。図１０は、燃焼室４における、ＥＧＲガスの層を下層とし、混合気の層を上層とする成層化状態を示す図である。このため、下層と上層との境界面で摩擦が生じ難く、ＥＧＲガスと混合気が混ざり難いので、成層化状態を可及的に維持することができる。このことで、上層のスワール流が吸気行程後半及び圧縮行程で形成されることと相俟って、成層化状態を着火時期まで維持させることができる。
【００６７】
＜実施例３＞
実施例３では、前記成層燃焼を行う時であって、圧縮行程では第２吸気ポートを流通する混合気を燃焼室に流入させる必要がない場合には、ターボチャージャのコンプレッサを作動させず新気を過給しない。その他の構成は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００６８】
本実施例では、前記成層燃焼を行う時であって、圧縮行程で第２吸気ポート５ｂを流通する混合気を燃焼室４に流入させる場合には、実施例１と同様に制御する。しかし、前記成層燃焼を行う時であって、圧縮行程では第２吸気ポート５ｂを流通する混合気を燃焼室４に流入させる必要がない場合には、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａを作動させず新気を過給させずに、新気遮断弁１３を閉弁して第１吸気ポート５ａに新気が流入することを阻止し、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａを第２吸気弁８ｂに先立って開弁させ、その後第２吸気弁８ｂを開弁させる。
【００６９】
具体的には、前記成層燃焼を行う時であって、圧縮行程では第２吸気ポート５ｂを流通する混合気を燃焼室４に流入させる必要がない場合には、コンプレッサ１６ａで新気を過給せず、新気遮断弁１３を閉弁して第１吸気ポート５ａに新気が流入することを阻止すると共にＥＧＲ弁２４を開弁して第１吸気ポート５ａにＥＧＲガスが流入するようにする。そして、図１１に示すように、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａを吸気行程直前から開弁させ、第１吸気弁８ａが閉弁する頃に第２吸気弁８ｂを開弁させる。そして、圧縮行程直後には第２吸気弁８ｂを閉弁させる。図１１は、圧縮行程では第２吸気ポートを流通する混合気を燃焼室に流入させる必要がない場合の前記成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂのリフト量は、共に小さい。第１吸気弁８ａのリフト量は、燃焼室４で燃焼可能となるようにＥＧＲガスを供給するため、第２吸気弁８ｂのリフト量の略半分である。また、第１吸気ポート５ａに設けられた第１燃料噴射弁１１ａは休止させ、第２吸気ポート５ｂに設けられた第２燃料噴射弁１１ｂだけから燃料を噴射させる。このため、第２吸気ポート５ｂには新気と燃料とが混合された混合気が流通することになる。
このような制御を行うＥＣＵ２６が、本発明の制御部に対応する。
【００７０】
図１１に示すような内燃機関１の運転状態として機関負荷が低い場合等のように圧縮行程では混合気を燃焼室４に流入させる必要がない場合には、ＥＧＲガスの後から流入する混合気は吸気行程のピストンの下降による負圧で燃焼室４に流入させてしまうことができる。これによると、圧縮行程では混合気を燃焼室４に流入させる必要がない場合には、コンプレッサ１６ａで新気を過給させないので、ターボチャージャ１６が使用するエネルギ分だけ使用するエネルギを減らし省エネルギ化することができる。つまり、ターボチャージャ１６で新気を過給するために内燃機関１の出力を上げる必要が無くなり、燃費の向上を図ることができる。
【００７１】
＜実施例４＞
実施例４では、新気遮断弁は、第１吸気ポートを流通する吸気を、第１吸気ポートの上流から流入する新気又はＥＧＲガス供給口から流入するＥＧＲガスのどちらかに切り替える三方弁とする。その他の構成は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００７２】
図１２は、本実施例に係る内燃機関並びにその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。図１２に示すように、ＥＧＲガス供給口１２が新気遮断弁１３の設けられた第１吸気ポート５ａの位置にある。新気遮断弁１３は、第１吸気ポート５ａを流通する吸気を、第１吸気ポート５ａの上流から流入する新気又はＥＧＲガス供給口１２から流入するＥＧＲガスのどちらかに切り替える。本実施例の新気遮断弁１３は、三方弁である。また、ＥＧＲ装置２２には、ＥＧＲ弁が無い。ＥＧＲガスの量の制御は、第１吸気弁８ａの開弁タイミングとリフト量で制御する。
【００７３】
これによると、ＥＧＲガスの量を第１吸気弁８ａの開弁タイミングとリフト量で制御するので、ＥＧＲ装置２２にＥＧＲ弁を設ける必要がなくなる。これにより、ＥＧＲガスの量の制御の簡素化を図ることができると共に、ＥＧＲ弁を無くしたことによる部品点数の削減でコストダウンを図ることができる。
また、ＥＧＲガスの量の制御が第１吸気弁８ａで行われることにより、ＥＧＲガスの量を制御する部分と燃焼室４との距離が零になるので、ＥＧＲガスの応答遅れが無く、内燃機関１の失火やトルク変動等が抑制されてドライバビリティを安定させることができる。
【００７４】
図１３は、内燃機関の運転状態に対応した、ＥＧＲガスと混合気との成層燃焼と、ＥＧＲガスを導入しない非成層燃焼との使い分けのパターンを示す図である。本実施例における内燃機関１では、図１３に示すように、運転状態に応じて、前記成層燃焼と前記非成層燃焼との使い分けを行っている。図１３の横軸は内燃機関１の機関回転速度を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。
【００７５】
図１３に示す矢印Ａのように、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入した前記成層燃焼から、要求トルクの高いＥＧＲガスを導入しない前記非成層燃焼に切り替える場合には、応答遅れや内燃機関１の失火やトルク変動やトルク段差を生じずに前記成層燃焼から前記非成層燃焼への移行を行いたい。
【００７６】
そこで、本実施例の構成において、新気遮断弁１３から燃焼室４までの第１吸気ポート５ａの容積は、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入して前記成層燃焼させる時に燃焼室４に供給されるＥＧＲガスの量と略等しく設定する。このため、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入して前記成層燃焼させると、新気遮断弁１３から燃焼室４までの第１吸気ポート５ａのＥＧＲガスが１回の燃焼に用い尽くされることになる。
【００７７】
図１４は、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入した前記成層燃焼から、要求トルクの高いＥＧＲガスを導入しない前記非成層燃焼に切り替える場合の制御タイミングを示す図である。図１３に示す矢印Ａのように前記成層燃焼から前記非成層燃焼に切り替える場合には、図１４に示すように、まず、切り替え要求（図１４のｔ１）があり、切り替え要求後の最初に吸気行程となる気筒＃３が燃焼室４へ吸気の流入を開始するとき（図１４のｔ２）に、新気遮断弁１３で第１吸気ポート５ａを流通する吸気を第１吸気ポート５ａの上流から流入する新気に切り替える。その後、前記最初に吸気行程となる気筒＃３以外の他の気筒（＃１，＃２，＃４）の最初の１サイクルの燃焼室４への吸気の流入が完了したとき（図１４のｔ３）から、図１５に示すように、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂの開閉特性を変更させる。
このような制御を行うＥＣＵ２６が、本発明の制御部に対応する。
【００７８】
図１５は、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入した前記成層燃焼から、要求トルクの高いＥＧＲガスを導入しない前記非成層燃焼に切り替える場合の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。切り替え時には、図示矢印のように、第１吸気弁８ａはバルブタイミングを少し遅角しつつリフト量を大きくし、第２吸気弁８ｂはバルブタイミングを進角する。そして図１５の破線に示すように第１吸気弁８ａ及び第２吸気弁８ｂを同一リフト量及び同一タイミングにして非成層燃焼を行うようにする（図５参照）。
【００７９】
これによると、上記のように第１吸気ポート５ａの容積が設定されていることから、切り替え要求後の全気筒の１回の燃焼だけが成層燃焼となり、その後は第１吸気ポート５ａに新気が流通しているので、次の燃焼から前記非成層燃焼となる。このため、応答遅れや内燃機関１の失火やトルク変動やトルク段差をほとんど生じずに前記成層燃焼から前記非成層燃焼への移行を行うことができる。
【００８０】
＜実施例５＞
実施例５では、例えばアイドル状態等のＥＧＲガスを導入しない機関負荷が低い状態で前記非成層燃焼させる時には、可変動弁機構で第１吸気弁を閉弁させたままに維持する。その他の構成は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
アイドル状態等のＥＧＲガスを導入しない機関負荷が低い状態で前記非成層燃焼させる時には、燃焼室４にスワール流を形成して、燃焼を安定させたい。また、前記非成層燃焼からＥＧＲガスを導入する前記成層燃焼に切り替える場合に、切り替え前後で混合気の量に段差ができてトルク段差が生じることを抑制したい。
【００８２】
そこで、アイドル状態等のＥＧＲガスを導入しない機関負荷が低い状態で前記非成層燃焼させる時には、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａを閉弁させたままに維持する。
【００８３】
具体的には、前記非成層燃焼を行う時には、コンプレッサ１６ａで新気を過給せず、新気遮断弁１３を閉弁して第１吸気ポート５ａに新気が流入することを阻止すると共にＥＧＲ弁２４を開弁して第１吸気ポート５ａにＥＧＲガスが流入するようにする。そして、図１６に示すように、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａを閉弁させたままにし、第２吸気弁８ｂを開弁させる。図１６は、ＥＧＲガスを導入しない機関負荷が低い状態での前記非成層燃焼時の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す図である。また、第１吸気ポート５ａに設けられた第１燃料噴射弁１１ａは休止させ、第２吸気ポート５ｂに設けられた第２燃料噴射弁１１ｂだけから燃料を噴射させる。このため、第２吸気ポート５ｂには新気と燃料とが混合された混合気が流通することになる。
このような制御を行うＥＣＵ２６が、本発明の制御部に対応する。
【００８４】
これによると、ＥＧＲガスを導入しない内燃機関１の機関負荷が低い状態で前記非成層燃焼させる時には、片方の吸気弁である第２吸気弁８ｂを開弁させて混合気を燃焼室に流入させる。これにより、燃焼室４に強いスワール流を形成でき、燃焼が安定する。
【００８５】
そして、前記非成層燃焼からＥＧＲガスを導入する前記成層燃焼に切り替える場合には、第１吸気弁８ａを開弁させて第１吸気ポート５ａからＥＧＲガスを流入させて行くと共に、切り替え前と同様に第２吸気弁８ｂを開弁させて第２吸気ポート５ｂから同量の混合気を燃焼室４に流入させる。このとき、可変動弁機構１０で第１吸気弁８ａの開弁時期は、やや進角させると共に、第２吸気弁８ｂの開弁時期は、遅角して行き、第１吸気弁８ａが閉弁する頃に第２吸気弁８ｂを開弁させるようにする。この切り替え前後で、燃焼室４に供給される混合気の量に変化がないので、トルク段差を生じずに前記非成層燃焼から前記成層燃焼への移行を行うことができる。
【００８６】
上記各実施例は可能な限り組み合わせることができる。また、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１：内燃機関
２：気筒
３：ピストン
４：燃焼室
５ａ：第１吸気ポート
５ｂ：第２吸気ポート
６ａ：第１排気ポート
６ｂ：第２排気ポート
７：点火プラグ
８ａ：第１吸気弁
８ｂ：第２吸気弁
９ａ：第１排気弁
９ｂ：第２排気弁
１０：可変動弁機構
１１：燃料噴射弁
１１ａ：第１燃料噴射弁
１１ｂ：第２燃料噴射弁
１２：ガス供給口
１３：新気遮断弁
１４：吸気管
１５：排気管
１６：ターボチャージャ
１６ａ：コンプレッサ
１６ｂ：タービン
１６ｃ：ウエストゲートバルブ
１７：スロットル弁
１８：インタークーラ
１９：サージタンク
２０：圧力センサ
２１：酸化触媒
２２：ＥＧＲ装置
２３：ＥＧＲ通路
２４：ＥＧＲ弁
２５：ＥＧＲクーラ
２６：ＥＣＵ
２７：クランクポジションセンサ
２８：アクセル開度センサ
【図１】
2011125208.tif 000003
【図２】
2011125208.tif 000004
【図３】
2011125208.tif 000005
【図４】
2011125208.tif 000006
【図５】
2011125208.tif 000007
【図６】
2011125208.tif 000008
【図７】
2011125208.tif 000009
【図８】
2011125208.tif 000010
【図９】
2011125208.tif 000011
【図１０】
2011125208.tif 000012
【図１１】
2011125208.tif 000013
【図１２】
2011125208.tif 000014
【図１３】
2011125208.tif 000015
【図１４】
2011125208.tif 000016
【図１５】
2011125208.tif 000017
【図１６】
2011125208.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月16日(2010.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に夫々独立して接続され、前記燃焼室に吸気を供給する第１吸気通路及び第２吸気通路と、
前記内燃機関の排気通路から前記第１吸気通路に設けられたＥＧＲガス供給口に排気の一部であるＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止する新気阻止部と、
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の上流で新気を過給する過給機と、
前記第１吸気通路から前記燃焼室へ流入する吸気を制御する第１吸気弁と、前記第２吸気通路から前記燃焼室へ流入する吸気を制御する第２吸気弁との間で開弁時期を異ならせることが可能な開閉特性変更部と、
ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時において、圧縮行程で第２吸気通路を流通する吸気を前記燃焼室に流入させる場合には、前記過給機で新気を過給し、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させる制御部と、
を備えた内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記過給機で過給する新気の過給圧を、前記第１吸気弁が閉弁してから前記第２吸気弁が閉弁するまでの期間の前記内燃機関の筒内圧よりも高くする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記過給機は、ターボチャージャであり、
前記ＥＧＲ装置は、前記ターボチャージャのタービンより下流の前記排気通路と前記ＥＧＲガス供給口とを接続するＥＧＲ通路を備えた請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路は、前記燃焼室に流入した吸気が同じ方向のスワール流を形成するヘリカルポート又はタンジェンシャルポートである請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、ＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時において、
圧縮行程で第２吸気通路を流通する吸気を前記燃焼室に流入させる場合には、前記過給機で新気を過給し、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させ、
又は、圧縮行程では第２吸気通路を流通する吸気を前記燃焼室に流入させる必要がない場合には、前記過給機で新気を過給させずに、前記新気阻止部で前記第１吸気通路に新気が流入することを阻止し、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を前記第２吸気弁に先立って開弁させ、その後前記第２吸気弁を開弁させる請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記新気阻止部は、前記第１吸気通路を流通する吸気を、前記第１吸気通路の上流から流入する新気又は前記ＥＧＲガス供給口から流入するＥＧＲガスのどちらかに切り替える請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記新気阻止部から前記燃焼室までの前記第１吸気通路の容積は、機関負荷が高い状態或いは機関回転速度が高い状態の少なくともどちらかの運転状態でのＥＧＲガスを導入して成層燃焼させる時に前記燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量と略等しく、
前記制御部は、前記成層燃焼から要求トルクの高いＥＧＲガスを導入しない非成層燃焼に切り替える場合には、切り替え要求後に最初に吸気行程となる気筒が燃焼室へ吸気の流入を開始するときに前記新気阻止部で前記第１吸気通路を流通する吸気を前記第１吸気通路の上流から流入する新気に切り替え、その後前記気筒以外の他の気筒の最初の１サイクルの燃焼室への吸気の流入が完了したときから前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁及び前記第２吸気弁の開閉特性を変更させる請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、ＥＧＲガスを導入しない機関負荷が低い状態で非成層燃焼させる時には、前記開閉特性変更部で前記第１吸気弁を閉弁させたままに維持する請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【国際調査報告】
2011125208.tif 000019
2011125208.tif 000020
2011125208.tif 000021
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